JP2015171178A - Power conditioner, and photovoltaic power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光パネルに接続されその太陽光パネルから出力される電力を調整するパワーコンデショナ、およびそのパワーコンデショナと太陽光パネルを備えた太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a power conditioner that is connected to a solar panel and adjusts the power output from the solar panel, and a photovoltaic power generation system that includes the power conditioner and the solar panel.
従来より、家屋の屋根上や庭などに太陽光パネルを設置してその太陽光パネルにパワーコンデショナを接続し、太陽光パネルで得た電力を家庭用として消費したり余った電力を売電するシステムが知られている。この用途に用いられるパワーコンデショナは、一般的に、太陽光パネルで得られた電力をチョッピングするチョッパ回路と、その後段に備えられたインバータ回路とを有する。チョッパ回路とインバータ回路との間には、チョッパ回路におけるチョッピング動作により発生するリップルを抑制するための平滑コンデンサが備えられている。 Conventionally, a solar panel is installed on the roof or garden of a house, and a power conditioner is connected to the solar panel, and the power obtained from the solar panel is consumed for home use or surplus power is sold. Systems that do this are known. The power conditioner used for this application generally has a chopper circuit for chopping the electric power obtained by the solar panel and an inverter circuit provided in the subsequent stage. A smoothing capacitor is provided between the chopper circuit and the inverter circuit for suppressing ripples generated by the chopping operation in the chopper circuit.
ここで、複数枚直列に接続した太陽光パネルの電力を調整するマルチストリング方式のパワーコンデショナが知られている(特許文献1〜4参照)。
Here, a multi-string power conditioner that adjusts the power of a plurality of solar panels connected in series is known (see
また、一般の電源装置に用いられる制御技術としてインターリーブ制御が知られている(特許文献5〜7参照)。 In addition, interleave control is known as a control technique used for general power supply devices (see Patent Documents 5 to 7).
パワーコンデショナでは、チョッパ回路とインバータ回路との間に配置される平滑コンデンサとして、従来、例えば500μF等の大容量の電解コンデンサが採用されている。しかしながら、電解コンデンサは大寸法であって大きな設置容積を必要とする。また、この電解コンデンサは電子部品の中ではかなり寿命の短い部品であり、この電解コンデンサの寿命がパワーコンデショナの寿命を延ばすことの律則となっている。 In a power conditioner, a large-capacity electrolytic capacitor such as 500 μF is conventionally used as a smoothing capacitor disposed between a chopper circuit and an inverter circuit. However, electrolytic capacitors are large in size and require a large installation volume. In addition, this electrolytic capacitor is a component having a considerably short lifetime among electronic components, and the lifetime of this electrolytic capacitor is the law for extending the lifetime of the power conditioner.
本発明は、上記事情に鑑み、小型の長寿命な平滑コンデンサを採用することのできるパワーコンデショナおよび太陽光発電システムを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the power conditioner and solar power generation system which can employ | adopt a small long-life smoothing capacitor in view of the said situation.
上記目的を達成する本発明のパワーコンデショナは、
複数枚の太陽光パネルそれぞれに対応して備えられ、対応する太陽光パネルから出力される電力を昇圧する複数のチョッパ回路と、
上記複数のチョッパ回路の後段に設けられ、それら複数のチョッパ回路に共通に接続された平滑コンデンサと、
上記平滑コンデンサの後段に設けられたインバータ回路と、
複数のチョッパ回路に跨って、複数枚の太陽光パネルそれぞれから出力される電力のチョッピングのタイミングを循環的に異ならせるインターリーブ制御回路とを備えたことを特徴とする。
The power conditioner of the present invention that achieves the above object is as follows.
A plurality of chopper circuits that are provided corresponding to each of the plurality of solar panels and boost the power output from the corresponding solar panels;
A smoothing capacitor provided in a subsequent stage of the plurality of chopper circuits, and connected in common to the plurality of chopper circuits;
An inverter circuit provided in a subsequent stage of the smoothing capacitor;
An interleave control circuit that cyclically varies the timing of chopping the power output from each of the plurality of solar panels across a plurality of chopper circuits is provided.
ここで、本発明のパワーコンデショナにおいて、上記平滑コンデンサが、セラミックコンデンサもしくはフィルムコンデンサであることが好ましい。 Here, in the power conditioner of the present invention, the smoothing capacitor is preferably a ceramic capacitor or a film capacitor.
本発明のパワーコンデショナは、複数枚の太陽光パネルそれぞれに対応する複数のチョッパ回路を備え、それら複数のチョッパ回路に跨ってチョッピングのタイミングを循環的に異ならせている。このため、それら複数のチョッパ回路に共通に接続されたインバータ回路には、それら複数のチョッパ回路それぞれによるリップルの波形が互いに均されることによりリップル成分が抑えられた電力が入力される。したがって、チョッパ回路とインバータ回路との間に備える平滑コンデンサは小容量のコンデンサで済む。これにより、この平滑コンデンサとして、例えばセラミックコンデンサもしくはフィルムコンデンサ等、小型かつ長寿命のコンデンサを採用することができる。 The power conditioner of the present invention includes a plurality of chopper circuits corresponding to a plurality of solar panels, and the timing of chopping is varied cyclically across the plurality of chopper circuits. For this reason, the inverter circuit connected in common to the plurality of chopper circuits is supplied with electric power in which the ripple component is suppressed by equalizing the ripple waveforms of the plurality of chopper circuits. Therefore, the smoothing capacitor provided between the chopper circuit and the inverter circuit may be a small-capacitance capacitor. As a result, a small and long-life capacitor such as a ceramic capacitor or a film capacitor can be employed as the smoothing capacitor.
本発明のパワーコンデショナにおいて、上記インターリーブ制御回路が、制御対象のチョッパ回路の数に応じてチョッピングのタイミングの切替えが自在な回路であることが好ましい。 In the power conditioner of the present invention, it is preferable that the interleave control circuit is a circuit that can freely switch a chopping timing in accordance with the number of chopper circuits to be controlled.
太陽光パネルを家屋の屋根や庭などに設置する場合、屋根の形状や庭の面積等により設置枚数が異なることになる。この設置枚数に応じてインターリーブ制御のタイミングを変更する必要がある。すなわち、チョッピングのタイミングを、太陽光パネルの設置枚数が3枚の場合は120°ずつ、4枚の場合は90°ずつ、順次ずれたタイミングとする必要がある。そこで、上記インターリーブ制御回路に、チョッピングのタイミングの切替え機能を付加しておくと、太陽光パネルの設置枚数が異なっていても、同じインターリーブ制御回路を使うことができる。 When a solar panel is installed on the roof or garden of a house, the number of installed panels varies depending on the shape of the roof, the area of the garden, and the like. It is necessary to change the timing of the interleave control in accordance with the number of installed sheets. That is, the timing of chopping needs to be sequentially shifted by 120 ° when the number of installed solar panels is three and by 90 ° when four. Therefore, if a chopping timing switching function is added to the interleave control circuit, the same interleave control circuit can be used even if the number of installed solar panels is different.
また、本発明のパワーコンデショナにおいて、上記インターリーブ制御回路がインバータへの入力電力のリップルを低減させるように、チョッピングのタイミングを調整するものであることが好ましい。 In the power conditioner of the present invention, it is preferable that the interleave control circuit adjusts the timing of chopping so as to reduce the ripple of the input power to the inverter.
チョッピングのタイミングは、基本的には、上記の通り、太陽光パネルの設置枚数が3枚の場合は120°ずつ、4枚の場合は90°ずつ、順次ずれたタイミングとなるが、複数枚の太陽光パネルそれぞれで生成される電力量は、太陽の位置や天候などによって時々刻々変化する。このため、チョッピングのタイミングを例えば120°あるいは90°などに固定せずに、時々刻々と変化する状況に応じてチョッピングのタイミングを調整することで、リップルをさらに低減させることができる。 Basically, as described above, the timing of chopping is shifted by 120 ° in the case of 3 solar panels installed, by 90 ° in the case of 4 solar panels. The amount of power generated by each solar panel changes from moment to moment depending on the position of the sun and the weather. For this reason, the ripple can be further reduced by adjusting the chopping timing according to the situation that changes every moment without fixing the chopping timing to 120 ° or 90 °, for example.
また、上記目的を達成する本発明の太陽光発電システムは、複数枚の太陽光パネルと、本発明のパワーコンデショナとを備えたことを特徴とする。 Moreover, the photovoltaic power generation system of the present invention that achieves the above object is characterized by comprising a plurality of solar panels and the power conditioner of the present invention.
ここで、本発明の太陽光発電システムは、上記の本発明のいずれの態様のパワーコンデショナをも含むものである。 Here, the photovoltaic power generation system of the present invention includes the power conditioner of any of the above aspects of the present invention.
以上の本発明によれば、小型かつ長寿命な平滑コンデンサを採用することができる。 According to the above-described present invention, a small and long-life smoothing capacitor can be employed.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1は、本発明の太陽光発電システムの第1実施形態を示したブロック図である。この第1実施形態の太陽光発電システムは、本発明のパワーコンデショナの第1実施形態を含んでいる。後述する各実施形態においても同様である。 FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the photovoltaic power generation system of the present invention. The photovoltaic power generation system of the first embodiment includes the first embodiment of the power conditioner of the present invention. The same applies to each embodiment described later.
ここには、太陽光パネル群1とパワーコンデショナ2Aが備えられている。
Here, a
太陽光パネル群1は、本実施形態では4枚の太陽光パネル11〜14で構成されている。これら4枚の太陽光パネル11〜14は、一般家庭の家屋の屋根の上や庭などに設置される。
The
また、パワーコンデショナ2Aは、太陽光パネル11〜14のそれぞれに対応して備えられたチョッパ回路21〜24と、平滑コンデンサ25と、インバータ回路26と、インターリーブ制御回路27とを有する。尚、本実施形態を構成する各要素、すなわちチョッパ回路21〜24、インバータ回路26あるいはインターリーブ制御回路27は、個々には既に知られた技術であり、ここではそれら個々の回路の詳細説明は省略する。
The
チョッパ回路21〜24は、対応する太陽パネル11〜14から出力される各電力をチョッピングして昇圧する回路である。これらのチョッパ回路21〜24からの出力は、それらのチョッパ回路21〜24の後段に、それらのチョッパ回路21〜24に共通に設けられた平滑コンデンサ25に入力される。この平滑コンデンサ25は、例えば30μF程度の小容量、小型であって、電解コンデンサと比べはるかに長寿命のコンデンサであるセラミックコンデンサあるいはフィルムコンデンサが採用されている。
The
平滑コンデンサ25の後段にはインバータ回路26が設けられている。このインバータ回路26からの出力電力は、家庭用の電力として使用され、あるいは余った電力は、電力会社に売電される。
An
また、ここにはインターリーブ制御回路27が備えられている。このインターリーブ制御回路27は、ここに示す全てのチョッパ回路21〜24に跨って全ての太陽光パネル11〜14のそれぞれから出力された電力のチョッピングのタイミングを循環的に異ならせる制御を行なう回路である。
Further, an
本実施形態のインターリーブ制御回路27には、太陽光パネル群1を構成する太陽光パネルの枚数(ここに示す例えば太陽光パネル11〜14の4枚)を設定する構成となっていて、インタリーブ制御回路27ではその設定された枚数に応じてチョッピングのタイミングが切り替えられる。具体的には、ここに示す例では4枚の太陽光パネル11〜14が備えられているため、インタリーブ制御回路27には「4枚」という枚数が設定される。すると、このインターリーブ制御回路27は、4つのインバータ回路21〜24でのチョッピングが順次90°ずつシフトしたタイミングで行なわれるように、それらのインバータ回路でのチョッピングのタイミングを制御する。
The
これと同様に、太陽光パネル群を構成する太陽光パネルが例えば3枚のときは、インターリーブ制御回路27には「3枚」という枚数が設定される。すると、このインターリーブ制御回路は、その3枚の太陽光パネルに対応した3つのインバータ回路でのチョッピングが順次120°ずつシフトしたタイミングで行なわれるように、それら3つのインバータ回路を制御する。太陽光パネルの枚数が「6枚」のときは60°となる。このようにインターリーブ制御回路27は、そこに設定された枚数に応じて360°をその設定枚数で割った位相差となるようにチョッピングのタイミングを制御する。
Similarly, when the number of solar panels constituting the solar panel group is three, for example, the number of sheets “3” is set in the
図2は、チョッパ回路の出力のリップルを示した模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing ripples in the output of the chopper circuit.
図2(A)の(1)〜(4)は、4つのチョッパ回路11〜14のそれぞれの、単独のときの出力を表わした図である。リップルの位相は順次90°ずつ異なっているが、それぞれが大きなリップルを持っている。
(1) to (4) in FIG. 2 (A) are diagrams showing the outputs of the four
図2(B)は、図2(A)に示すそれぞれの出力のリップルを重ね合わせて示した図である。 FIG. 2B is a diagram in which the ripples of the respective outputs shown in FIG.
図2(C)は、図2(B)に示す4本のリップルを加算した状態を示した図である。 FIG. 2C is a diagram showing a state where the four ripples shown in FIG. 2B are added.
ここではインタリーブ制御を行なっている結果、インバータ回路26に入力される全体の電力のリップルは図2(C)に示すように大きく低減する。したがって平滑コンデンサ25は、小型、小容量(例えば30μF程度)のコンデンサで済み、この平滑コンデンサ25としてセラミックコンデンサあるいはフィルムコンデンサ等の長寿命のコンデンサを採用することができる。
Here, as a result of performing the interleave control, the ripple of the entire power input to the
図3は、本発明の太陽光発電システムの第2実施形態を示したブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the photovoltaic power generation system of the present invention.
この図3に示す第2実施形態において、図1に示した第1実施形態における各要素と同一の要素には、図1において付した符号と同一の符号を付して示し、相違点のみ説明する。 In the second embodiment shown in FIG. 3, the same elements as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. To do.
この図3に示す第2実施形態の太陽光発電システムは、太陽光パネル群1とパワーコンデショナ2Bとを備えている。この第2実施形態のパワーコンデショナ2Bの、前述の第1実施形態のパワーコンデショナ2Aとの相違点は、インターリーブ制御回路28にある。
The solar power generation system according to the second embodiment shown in FIG. 3 includes a
前述の第1実施形態におけるインターリーブ制御回路27は、設定された枚数に応じた位相差となるように、チョップ回路21〜24におけるチョッピングのタイミングを固定的に制御するものである。
The
図3に示す第2実施形態におけるインターリーブ制御回路28も、チョッパ回路21〜24におけるチョッピングのタイミングが設定された枚数に応じた位相差となるように制御することまでは、前述の第1実施形態におけるインターリーブ制御回路27と同じである。この第2実施形態のインターリーブ制御回路28はさらに、各太陽光パネル11〜14の出力をモニタし、太陽の位置や天候等に応じて時々刻々変化する出力に応じて各チョッパ回路21〜24におけるチョッピングのタイミングを微調整する機能を備えている。本実施形態の場合、この機能により上述の第1実施形態と比べ、リップルをさらに低減させることができる。
The
図4は、本発明の太陽光発電システムの第3実施形態を示したブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the photovoltaic power generation system of the present invention.
この図4に示す第3実施形態において、図1,図3に示した第1実施形態および第2実施形態における各要素と同一の要素には、図1,図3において付した符号と同一の符号を付して示し、相違点のみ説明する。 In the third embodiment shown in FIG. 4, the same elements as those in the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 3 are the same as the reference numerals in FIGS. Only the differences will be described.
この図4に示す第3実施形態の太陽光発電システムは、太陽光パネル群1とパワーコンデショナ2Cとを備えている。この第3実施形態のパワーコンデショナ2Cの、前述の第1実施形態、第2実施形態のパワーコンデショナ2A、2Bとの相違点は、インターリーブ制御回路29にある。
The solar power generation system of the third embodiment shown in FIG. 4 includes a
前述の通り、第1実施形態におけるインターリーブ制御回路27は、設定された枚数に応じた位相差となるように、チョップ回路21〜24におけるチョッピングのタイミングを固定的に制御するものである。
As described above, the
この第3実施形態のインターリーブ制御回路29も、チョッパ回路21〜24におけるチョッピングのタイミングが設定された枚数に応じた位相差となるように制御することは、前述の第1実施形態のインターリーブ制御回路と同じである。
The
この第3実施形態のインターリーブ制御回路29はさらに、インバータ回路26の入力のリップル波形を直接にモニタし、そのリップル波形に応じて各チョッパ回路21〜24におけるチョッピングのタイミングを微調整する機能を備えている。本実施形態の場合も、上述の第2実施形態と同様、この機能により、上述の第1実施形態と比べ、リップルをさらに低減させることができる。
The
1 太陽光パネル群
2A,2B,2C パワーコンデショナ
11〜14 太陽光パネル
21〜24 チョッパ回路
25 平滑コンデンサ
26 インバータ回路
27,28,29 インターリーブ制御回路
1
Claims (5)
前記複数のチョッパ回路の後段に設けられ、該複数のチョッパ回路に共通に接続された平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの後段に設けられたインバータ回路と、
前記複数のチョッパ回路に跨って、前記複数枚の太陽光パネルそれぞれから出力される電力のチョッピングのタイミングを循環的に異ならせるインターリーブ制御回路とを備えたことを特徴とするパワーコンデショナ。 A plurality of chopper circuits that are provided corresponding to each of the plurality of solar panels and boost the power output from the corresponding solar panels;
A smoothing capacitor provided downstream of the plurality of chopper circuits and connected in common to the plurality of chopper circuits;
An inverter circuit provided in a subsequent stage of the smoothing capacitor;
A power conditioner comprising: an interleave control circuit that cyclically varies the timing of chopping the power output from each of the plurality of solar panels across the plurality of chopper circuits.
請求項1から4のうちいずれか1項記載のパワーコンデショナとを備えたことを特徴とする太陽光発電システム。 Multiple solar panels,
A photovoltaic power generation system comprising the power conditioner according to any one of claims 1 to 4.
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JP2020089197A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Power conversion system, control method, and program |
US10804697B2 (en) | 2016-07-29 | 2020-10-13 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Power converter |
WO2022203475A1 (en) * | 2021-03-26 | 2022-09-29 | 엘지이노텍 주식회사 | Power conversion apparatus having multi-level structure |
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- 2014-03-05 JP JP2014042594A patent/JP2015171178A/en active Pending
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